控制系统仿真与课程设计

学 院：物流工程学院 专 业：测控技术与仪器 班 级：测控102 姓 名：杨红霞 学 号：201010233037 指导教师：兰莹

完成日期：2013年7月4日精选范本

CAD

一、 目的和任务

配合《控制系统仿真与CAD》课程的理论教学，通过课程设计教学环节，使学生掌握当前流行的演算式MATLAB语言的基本知识，学会运用MATLAB语言进行控制系统仿真和辅助设计的基本技能，有效地提高学生实验动手能力。 一、基本要求：

1、利用MATLAB提供的基本工具，灵活地编制和开发程序，开创新的应用； 2、熟练地掌握各种模型之间的转换，系统的时域、频域分析及根轨迹绘制； 3、熟练运用SIMULINK对系统进行仿真； 4、掌握PID控制器参数的设计。

二、设计要求

1、编制相应的程序，并绘制相应的曲线； 2、对设计结果进行分析；

3、撰写和打印设计报告（包括程序、结果分析、仿真结构框图、结果曲线）。 三、设计课题

设计一：二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及其参数整定

考虑弹簧－阻尼系统如图1所示，其被控对象为二阶环节，传递函数G(S)如下，参数为M=1kg，b=2N.s/m，k=25N/m，F（S）=1。 设计要求：

（1） 控制器为P控制器时，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并

绘制相应曲线。

（2） 控制器为PI控制器时，改变积分时间常数大小，分析其对系统性能的影

响并绘制相应曲线。(例如当kp=50时，改变积分时间常数)

（3） 设计PID控制器，选定合适的控制器参数，使闭环系统阶跃响应曲线的

超调量σ%<20%，过渡过程时间Ts<2s, 并绘制相应曲线。

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图1 弹簧－阻尼系统示意图

弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为：

??bx??kx?F M?xG(s)?X(s)11?? F(s)Ms2?bs?ks2?2s?25

图2 闭环控制系统结构图

附：P控制器的传递函数为：GP(s)?KP

PI控制器的传递函数为：GPI(s)?KP?11? TIsPID控制器的传递函数为：GPID(s)?KP?11??TD?s TIs

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